CN112952850B - 一种风电机组故障穿越无功控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组故障穿越无功控制方法，具体为基于机组在故障穿越前已处于发无功状态的控制方法，该方法将无功电流响应并网点电压变化量作为无功增量，在风电机组的变流器检测到机端电压发生越限时，闭锁主控的初始无功电流I_q命令，并叠加动态无功增量，增强变流器在故障穿越期间提供的无功电流，使得电网电压能够得到更快的恢复，从而减少机组电压由于长时间未恢复而发生脱网的概率，也减少风电场的机组报电压穿越超时的概率，实现稳态运行与故障穿越无缝切换。

Description

一种风电机组故障穿越无功控制方法

技术领域

本发明涉及风电机组的技术领域，尤其是指一种风电机组故障穿越无功控制方法。

背景技术

在传统的风电场无功补偿中，风电场大都使用SVC/SVG设备进行无功补偿，不调用风电机组的无功补偿，而SVC/SVG设备耗电量巨大，风电场开发和运维成本中有很大一部分用于SVC/SVG设备，因此越来越多的业主提出了要求风电机组作为分散式无功补偿，优先控制风电机组发出无功，补偿系统电压，在调度风电机组发出无功的情况下，机组在进入故障穿越前就已经处于发无功状态，而现有的故障穿越均是基于机组未发出无功的初始状态，未考虑机组在故障穿越前已发出无功功率的情况，因此，需要提出一种基于机组在故障穿越前已处于发无功状态的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风电机组故障穿越无功控制方法，考虑风电机组在故障穿越前的无功状态，实现调度风电机组发出无功期间发生电网故障穿越至机组电压恢复稳态运行的无缝切换，并在机组故障穿越过程中提供更强的无功支撑，以帮助电网电压更加快速地恢复，缩短电网电压恢复时间，减少风电场的机组报电压穿越超时的概率。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电机组故障穿越无功控制方法，具体为基于机组在故障穿越前已处于发无功状态的控制方法，该方法将无功电流响应并网点电压变化量作为无功增量，在风电机组的变流器检测到机端电压发生越限时，闭锁主控的初始无功电流I_q命令，并叠加动态无功增量，增强变流器在故障穿越期间提供的无功电流，使得电网电压能够得到更快的恢复，从而减少机组电压由于长时间未恢复而发生脱网的概率，实现稳态运行与故障穿越无缝切换。

进一步，所述的风电机组故障穿越无功控制方法，具体方案如下：

首先，风电场场级无功调压控制平台根据风电场及各个单机的运行状态计算下发给单台风电机组的无功功率参考值Q_ref指令，风电机组接收到Q_ref后计算下发至变流器执行的无功电流I_q；在机组并网点电压未越限的情况下，变流器按照I_q命令执行无功电流指令；当变流器检测到机组并网点电压越限后触发低电压穿越LVRT_Fault或HVRT_Fault信号，立刻对I_q进行闭锁，同时变流器根据当前电压越限深度进行动态无功电流变化量计算，有以下两种情况：

第一种、当触发LVRT_Fault低电压穿越故障时，情况如下：

a、容性无功电流增量为：

ΔI_T＝K₁×(U-U_T)×I_N，0.2≤U_T≤0.9

式中：K₁为故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.0；U_T为机组测量点电压标幺值；I_N为变流器额定电流值；ΔI_T为容性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与低电压穿越过程中电流增量方向一致，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与低电压穿越过程中无功增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；

c、计算初始无功电流与容性无功电流增量之和为：

I_C＝I₀+ΔI_T

式中，I_C为变流器执行的无功电流；

第二种、当触发HVRT_Fault低电压穿越故障时，情况如下：

a、感性无功电流增量为：

ΔI_T′＝K₂×(U_T-U)×I_N，1.1≤U_T≤1.3

式中：K₂为高电压穿越故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.1；ΔI_T′为感性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与高电压穿越过程中电流增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与高电压穿越过程中无功增量方向相同，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；

c、计算初始无功电流与感性无功电流增量之差为：

I_L＝I₀-ΔI_T′

式中，I_L为变流器执行的无功电流；

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

考虑风电机组在故障穿越前的无功状态，实现调度风电机组发出无功期间发生电网故障穿越至机组电压恢复稳态运行的无缝切换，并在机组故障穿越过程中提供I_C＝I₀+ΔI_T或I_L＝I₀-ΔI_T′的无功电流，与提供I_C＝ΔI_T或I_L＝-ΔI_T′的无功电流相比，其提供更强的无功支撑电流，可以帮助电网电压更加快速地恢复，缩短电网电压恢复时间，从而减少风电场的风电机组报电压穿越超时的概率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例公开了一种风电机组故障穿越无功控制方法，具体为基于机组在故障穿越前已处于发无功状态的控制方法，该方法将无功电流响应并网点电压变化量作为无功增量，在风电机组的变流器检测到机端电压发生越限时，闭锁主控的初始无功电流I_q命令，并叠加动态无功增量，增强变流器在故障穿越期间提供的无功电流，使得电网电压能够得到更快的恢复，从而减少机组电压由于长时间未恢复而发生脱网的概率，实现稳态运行与故障穿越无缝切换，具体方案如下：

首先，风电场场级无功调压控制平台根据风电场及各个单机的运行状态计算下发给单台风电机组的无功功率参考值Q_ref指令，风电机组接收到Q_ref后计算下发至变流器执行的无功电流I_q；在机组并网点电压未越限的情况下，变流器按照I_q命令执行无功电流指令；当变流器检测到机组并网点电压越限后触发低电压穿越LVRT_Fault或HVRT_Fault信号，立刻对I_q进行闭锁，同时变流器根据当前电压越限深度进行动态无功电流变化量计算，有以下两种情况：

第一种、当触发LVRT_Fault低电压穿越故障时，情况如下：

a、容性无功电流增量为：

ΔI_T＝K₁×(U-U_T)×I_N，0.2≤U_T≤0.9

式中：K₁为故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.0；U_T为机组测量点电压标幺值；I_N为变流器额定电流值；ΔI_T为容性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与低电压穿越过程中电流增量方向一致，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与低电压穿越过程中无功增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；

c、计算初始无功电流与容性无功电流增量之和为：

I_C＝I₀+ΔI_T

式中，I_C为变流器执行的无功电流；

第二种、当触发HVRT_Fault低电压穿越故障时，情况如下：

a、感性无功电流增量为：

ΔI_T′＝K₂×(U_T-U)×I_N，1.1≤U_T≤1.3

式中：K₂为高电压穿越故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.1；ΔI_T′为感性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与高电压穿越过程中电流增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与高电压穿越过程中无功增量方向相同，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；

c、计算初始无功电流与感性无功电流增量之差为：

I_L＝I₀-ΔI_T′

式中，I_L为变流器执行的无功电流；

在采用以上方案后，本发明考虑风电机组在故障穿越前的无功状态，实现调度风电机组发出无功期间发生电网故障穿越至机组电压恢复稳态运行的无缝切换，并在机组故障穿越过程中提供I_C＝I₀+ΔI_T或I_L＝I₀-ΔI_T′的无功电流，与提供I_C＝ΔI_T或I_L＝-ΔI_T′的无功电流相比，其提供更强的无功支撑电流，可以帮助电网电压更加快速地恢复，缩短电网电压恢复时间，从而减少风电场的风电机组报电压穿越超时的概率，具有实际应用价值，值得推广。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种风电机组故障穿越无功控制方法，其特征在于：为基于机组在故障穿越前已处于发无功状态的控制方法，该方法将无功电流响应并网点电压变化量作为无功增量，在风电机组的变流器检测到机端电压发生越限时，闭锁主控的初始无功电流I_q命令，并叠加动态无功增量，增强变流器在故障穿越期间提供的无功电流，使得电网电压能够得到更快的恢复，从而减少机组电压由于长时间未恢复而发生脱网的概率，实现稳态运行与故障穿越无缝切换，具体如下：

首先，风电场场级无功调压控制平台根据风电场及各个单机的运行状态计算下发给单台风电机组的无功功率参考值Q_ref指令，风电机组接收到Q_ref后计算下发至变流器执行的无功电流I_q；在机组并网点电压未越限的情况下，变流器按照I_q命令执行无功电流指令；当变流器检测到机组并网点电压越限后触发LVRT_Fault或HVRT_Fault信号，立刻对I_q进行闭锁，同时变流器根据当前电压越限深度进行动态无功电流变化量计算，有以下两种情况：

第一种、当触发LVRT_Fault时，情况如下：

a、容性无功电流增量为：

ΔI_T＝K₁×(U-U_T)×I_N，0.2≤U_T≤0.9

式中：K₁为故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.0；U_T为机组测量点电压标幺值；I_N为变流器额定电流值；ΔI_T为容性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与低电压穿越过程中电流增量方向一致，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与低电压穿越过程中无功增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；

c、计算初始无功电流与容性无功电流增量之和为：

I_C＝I₀+ΔI_T

式中，I_C为变流器执行的无功电流；

第二种、当触发HVRT_Fault时，情况如下：

a、感性无功电流增量为：

ΔI_T′＝K₂×(U_T-U)×I_N，1.1≤U_T≤1.3

式中：K₂为高电压穿越故障穿越斜率系数，不同风电机组厂家取值不同；U为正常电压水平标幺值，取值为0.9-1.1；ΔI_T′为感性无功电流增量；

b、当I_q>0时，表示机组在进入低穿前正在发容性无功，与高电压穿越过程中电流增量方向相反，则初始无功电流I₀设置为0；当I_q<0时，表示机组在进入低穿前正在发感性无功，与高电压穿越过程中无功增量方向相同，则初始无功电流I₀＝I_q，设置为闭锁的无功电流；

c、计算初始无功电流与感性无功电流增量之差为：

I_L＝I₀-ΔI_T′

式中，I_L为变流器执行的无功电流。